В этой небольшой статье я хочу рассказать об изготовлении и настройке КВ антенны с пространственно укороченными элементами, выпонеными в виде спиралей небольшого диаметра и длиной до нескольких метров. Многие, ошибочно, называют такие антенны спиральными. Это неверно потому, что под определение «спиральные антенны» подходят антенны у которых диаметр витка спирали и шаг между витками соизмеримы с длиной волны (такие антенны используются на очень высоких частотах). В книге К. Ротхаммеля «Антенны» (изд. «Энергия», 1979 г.) в Главе 6 «Антенны с пространственно укороченными элементами» описываются антенны изготовленные радиолюбителями — двухэлементный волновой канал радиолюбителя W8YIN и трехэлементная антенна радиолюбителя VK2AOU. Описанные в книге К. Ротхаммеля антенны с пространственно укороченными элементами запитываются в центре вибратора с помощью катушки с индуктивной связью. В одной из модификаций своей антенны я применил почти аналогичную схему, рис.1. Правда мне пришлось расположить элементы вертикально потому, что на балконе не так уж много места. Это позволило минимизировать размеры антенны и получить возможность настраивать ее в довольно широком диапазоне частот. В данном случае я предполагал работать на ней в диапазонах 40, 30 и 20 м. В дальнейшем я отказался от этой схемы. Хотя она и давала небольшой выигрыш на диапазоне 40 м, но не очень хорошо работала на диапазонах 30 и 20 м. Согласующее устройство.Теперь о согласующем устройстве. В этой конструкции я применил согласующее устройство описанное в статье «Антенна на несколько диапазонов конструкции G5IJ» французского радиолюбителя Luc Pistorius F6BQU опубликованной на www.rf.atnn.ru/s10/antennes2-ru.html Описывать его конструкцию я не буду, она прекрасно расписана в статье. Единственное что я хочу заметить, это согласующее устройство предназначено для работы с вертикальными антеннами гораздо больших размеров и без противовесов. Для улучшения работы антенны моей конструкции я предусмотрел подключение противовеса, он подключается к общей точке соединения обмоток согласующего устройства, см. В качестве противовеса я использовал металлическое ограждение балкона.
Схема широкополосного трансформатора — http://www.rf.atnn.ru/s10/antennes2-ru.html Немного о конструкции самой антенны. Здесь все зависит от материалов, которые вы можете приобрести. В моем случае я использовал две поливинилхлоридные трубы (PVC) диаметром около 50 мм и длиной, зависящей от места установки (по высоте), но, желательно не менее 1,5 м. Обмоточный провод в эмалевой изоляции (ПЭВ, ПЭЛ и др.) около 42 м. На каждую трубу по длине 1,35 м было намотано по 21 м провода. Плечи антенны расположены вертикально, на расстоянии друг от друга 0,8-1,0 м. Коробка с согласующим устройством закреплена точно по центру между плечами, хотя место ее расположения не регламентируется. Настраивается антенна очень просто, достижением минимального КСВ на диапазоне 40 м. Для этого на одном плече (второе не подключено) просто отматывается часть провода. Для моего варианта исполнения и расположения антенны получилось 20,2 м. Затем столько же провода оставляется на втором плече. После подключения второго плеча к согласующему устройству КСВ антенны немного ползет вверх, но зато антенна получается широкополосной и при применении антенного тюнера она хорошо настраивается на три диапазона 40, 30 и 20 м. Антенна в окончательном варианте была установлена вне балкона на кронштейне (см. фото) возле окна, в непосредственной близости от трансивера. В любом случае я хочу заметить, что применение таких компромиссных антенн не может заменить полноценной, полноразмерной антенны. И еще, пусть никого не смущает немного завышенный КСВ (около 2), с такими значениями КСВ работают и на серьезных, профессиональных антеннах. Из своего опыта работы в эфире на этой антенне могу сказать, что работает она на «хорошо», несмотря на свои размеры. Я не могу сказать, что QSO с DX станциями удаются сразу, приходиться немного попотеть, но я должен сказать что это особенно приятно, когда работаешь с Японией (30 м), Австралией (40 м) или Штатами (20 и 30 м), и рапорт дают не ниже 559! Антенна на балконе Антенна на кронштейне возле окна. Конструктивно эта антенна выполнена таким образом:
Внешний вид согласующего устройства ( рисунок 3 ) приведен ниже. Эта антенна была собрана буквально за полдня и , естественно, первым желанием было сразу же попробовать ее без проведения измерений и настроек. Поэтому есть возможность для проведения экспериментов и ее усовершенствования. Согласующее устройство При работе на диапазонах КСВ был не хуже 1:1,1. За две недели работы в эфире было сделано около сотни CW QSO почти со всеми странами Европы, Прибалтики, многими областями Украины , Европейской части России , Казахстаном, Турцией . Оценка сигнала корреспондентами давалась в пределах 569 – 599. Эта антенна очень хорошо настраивается и на диапазон 80 м, но на этом диапазоне она может быть использована только для QSO с ближними корреспондентами. Используемая аппаратура:
05.09.2006 Комментарий Юрия UR4EF:ВЫВОДЫ: если разнести половинки антенн на 3-4 метра друг от друга, соответсвенно уменьшив число витков намотанных… т.е. длину намотки на увеличение расстояния между половинками антенн, то входное сопротивление повышается до 25 Ом !!!! а значит и значительно повышается КПД антенны.. 26.10.2006 Модернизация малогабаритной антенны для работы на 7, 10 и 14 Мгц
После ряда испытаний была проведена следующая доработка антенны:
После этой доработки уменьшился уровень принимаемых помех, значение КСВ для разных диапазонов осталось прежним. Поскольку антенна довольно-таки широкополосная необходимо обязательно использовать антенный тюнер. В очередной раз хочу сказать, что эта антенна никак не может заменить полноразмерную антенну с хорошей высотой подвеса, она может только в какой-то мере позволить коротковолновику работать в эфире, при невозможности установки нормальной полноразмерной антенны. Желаю всем успехов и поменьше QRM! |
И.
Гончаренко — Антенны КВ и УКВ / VHF,HF-AntennasRADIOHATA.RU
RadioHata.RU
Портал радиолюбителя, начинающему радиолюбителю, Arduino, Raspberry Pi, книги по радиотехнике и электронике, простые схемы, схемы, радиотехнические журналы, видео, программы для радиолюбителя.
Download magazines: AudioXpress, Circuit Cellar, CQ Amateur Radio, Electronics For You, Elektronika dla Wszystkich, Elektorlabs, Elektor Magazine DVD, Elektronika Praktyczna, Elettronica In, ELV Journal, Funkamateur, Hi-Fi World, Klang+Ton, Nuts and Volts, Prakticka Elektronika A Radio, Practical Electronics, Practical Wireless, QST, Servo Magazine, Silicon Chip, Swiat Radio, The MagPi.
Скачать: Журнал Радио, Журнал Радиомир, Журнал Радиоаматор, Журнал Радиолоцман, Журнал Радиоконструктор, Журнал Радиосхема, Журнал Радиохобби, Журнал Ремонт и сервис, Журнал Компоненты и технологии, Журнал Электронная техника.
Скачать книги: Начинающему радиолюбителю, Телевидение и Радио, Источники питания, Для дома и быта, Прием-передача, Автолюбителю, Аудиотехника, Справочники, Учебники, Микроконтроллеры, Arduino, Raspberry Pi, Электроника, Электрика
Скачать: Программы для радиолюбителя, Видеокурсы.
Часть 1. Компьютерное моделирование. MMANA
Настоящая книга является первой частью расширенного и переработанного издания «Антенны КВ и УКВ». В ней рассказывается о популярной у радиолюбителей программе моделирования антенн MMANA. Первое отдельное издание, вышедшее в 2002 году под названием «Компьютерное моделирование антенн. Все о программе MMANA», имело огромный успех и стало библиографической редкостью.
Книга предназначена для специалистов, занимающихся конструированием антенн в диапазонах КВ и УКВ.
Показать / Скрыть текст
Часть 2. «Основы и практика», в которой в простой и доступной форме излагаются теоретические основы от образования электроволн до их распространения. Описаны линии питания антенн, горизонтальный симметричный вибратор, вертикальный вибратор, согласование антенн, симметрирование, укороченные антенны, антенны DDRR. Также автор описывает некоторые виды так называемых «лжеантенн», мифы о чудесных свойствах которых не дают покоя радиолюбителям.
Показать / Скрыть текст
Часть 3. «Простые КВ антенны».
Вероятно, наиболее востребованный томик. Описываются различные виды простых антенн — диполи, рамочные антенны, вертикалы, приемные антенны, многодиапазонные простые КВ антенны, тюнеры, параллельное подключение антенн, LC контуры. Краткое, ненавязчивое теоретическое описание и практические советы по изготовлению и использованию.
Показать / Скрыть текст
Часть 4. «Направленные КВ антенны: синфазные и продольного излучения».
В этой книге приводятся материалы по коллинеарам, Уда-Яги, двойным квадратам. Различное количество элементов Уда-Яги и квадратов. Сравнение различных типов антенн. Методики настройки, влияние различных факторов на их работу.
Помимо высокой концентрации в книгах полезного материала по антеннам, они еще и очень современны и насущны, т.к. материал по различным типам антенн плотно увязан с компьютерной программой ММАNА, с прямыми отсылками к конкретным файлам программы и последовательностью работы с программой при решении поставленных задач.
Показать / Скрыть текст
Часть 5. Направленные КВ антенны. Укороченные, фазированные, многодиапазонные
В пятой части справочника Антенны КВ и УКВ излагается теория, а также практика конструирования укороченных, многодиапазонных направленных и фазированных (с активным питанием элементов) КВ антенн. Справочник полезен как спецам, так и радиолюбителям, которые занимаются созданием и конструированием КВ антенн.
Показать / Скрыть текст
Название: Антенны КВ и УКВ
Автор: Гончаренко И.
Издательство: Радиософт
Формат: djvu
Язык: русский
Размер файла: 17,76 Мб
Скачать Гончаренко И. Антенны КВ и УКВ с Upera.co
~ Turbobit
АнтенныКВУКВVHFHF
Похожие новости
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
Главная
Зарубежные журналы
Радиотехнические журналы
Книги
Программы для радиолюбителя
Видеокурсы + видео
Короткий антенный тюнер
Короткий антенный тюнерВведение
В этой статье описывается способ согласования коротких антенн со стандартными. линии передачи. В основном предназначен для радиолюбителей, работающих на частотах 137 кГц и полосы 500 кГц, потому что при работе с длинными волнами, Антенна всегда проблема. Традиционным спичечным коробкам, предназначенным для коротких волн, не хватает емкость и индуктивность для работы на низких частотах и больших коммерческих доступные переменные конденсаторы и катушки индуктивности дороги и их трудно найти. Кроме того, установив соответствующую антенну, скажем, на четверть башня длины волны, вне досягаемости для обычного любителя. Таким образом, все длинноволновые радиолюбительские антенны всегда слишком короткие и представляют собой кошмар для соответствует линии 50 Ом.
Типовая короткая антенна
Что обычно делают, так это пытаются протянуть провод как можно длиннее, как можно выше. возможный. С помощью этого метода можно согласовать любую короткую антенну, например, башни с или без емкостной шляпы, Т-образных антенн, перевернутых Г-образных антенн, случайных проводов и т. д. вкл., пока они малы по сравнению с длиной волны; короче, чем четверть длины волны в любом случае. Давайте представим один провод, идущий вертикально на 8 метров и чем по горизонтали на 45, а взять для примера эту антенну, как показано на рисунке ниже.
Это уже большая антенна для заднего двора, но реально маленькая по сравнению с длина волны 2200 м (600 м) на частоте 137 кГц (500 кГц) группа.
Определение импеданса антенны
Импеданс антенны можно смоделировать с помощью программы на основе NEC: «рисунок» и аппроксимация его структуры и четыре нашего примера результаты следующие:
Моделирование частота | Антенна импеданс | Эквивалент емкость | Радиация Сопротивление |
137 кГц | (0,7–j3900) Ом | 298 пФ | 0,01 Ом |
500 кГц | (1,4–j960) Ом | 330 пФ | 0,12 Ом |
Импеданс имеет очень низкое последовательное сопротивление с очень высокой емкостной реактивное сопротивление, характерное для коротких антенн, и результаты выглядят правдоподобный.
Если антенну нельзя смоделировать, можно построить антенну такой же высоты. и как можно дольше, а затем измерить статическую емкость. Поскольку мы находимся намного ниже первого резонанса, антенна будет выглядеть как конденсатор, и, если повезет, мы сможем измерить его статическую емкость с измеритель емкости. Пожалуйста, обратите внимание, что, к сожалению, некоторые измерители емкости используют слишком высокое частоты и дает противоречивые результаты: для большей точности частота должна быть как можно ниже, но точно не выше расчетная частота (антенна должна быть короткой на частоте измерения). Подключение измерителя емкости к взятой в качестве примера антенне дает 295 пФ; недалеко от смоделированных значений, а статическая емкость действительно хорошая отправная точка.
Другой метод измерения статической емкости антенны заключается в подключении катушку индуктивности известного значения, параллельную точке ее питания, и измерить резонансная частота. Опять же, эта частота должна быть как можно ниже, чтобы убедиться, что антенна все еще «короткий», и необходимо использовать большую катушку индуктивности. После определения емкости можно определить емкостное реактивное сопротивление. легко вычислить по формуле X c = 1/(2πfC).
Два вышеописанных метода измерения определяют только емкостную реактивное сопротивление, но не сопротивление. Довольно сложно измерить значения всего в несколько ом, имея килоомы. реактивного сопротивления последовательно, но зная точную действительную часть импеданса не очень важно, так как это мало повлияет на дизайн совпадают, как мы увидим позже. Предполагая, что всего один или два Ома достаточно точно.
Определение соответствующей сети
Итак, антенна выглядит как большой конденсатор с последовательно соединенным маленьким резистором. которые мы хотели бы преобразовать в чисто активное сопротивление Z c , скажем, 50 Ом с соответствующей сетью. Если мы нанесем импеданс антенны Z a на комплексную плоскость, мы находим точку очень близко к вертикальной оси, намного ниже, чем Горизонтальная ось. Z c естественно расположен по горизонтальной оси на справа, как видно на рисунке ниже:
Цель состоит в том, чтобы достичь Z c , начиная с Z и как показано пунктирной линией. Ни один компонент не может достичь этого за один шаг, и мы будет соответствовать импедансу в два шага.
У нас есть несколько вариантов: если мы подключим последовательный конденсатор C s к антенна, параллельный дроссель L p или понижающий трансформатор N:1 (больше витков на стороне передатчика), Z a будет преобразуется в более высокий импеданс (мы удаляемся от начала координат) и этой ситуации следует избегать, потому что высокое сопротивление означает высокое напряжение, намного выше, чем и без того высокое напряжение, типичное для короткой антенны. Давайте представим, что к нашей антенне подключен передатчик мощностью 1 кВт на 137 кГц: с импедансом около 3900 Ом напряжение на точка питания будет 2 кВ! Это уже достаточно высоко, чтобы создать некоторые проблемы, и мы определенно не хотят иметь дело с более высокими напряжениями в согласующей сети.
Если мы подключим параллельный конденсатор C p или повышающий трансформатор 1:N (больше витков со стороны антенны), Z a превратится в более низкий импеданс (мы движемся к началу координат), и эта ситуация должна следует избегать, потому что это уменьшает как реактивное сопротивление, так и сопротивление. Сопротивление короткой антенны уже очень мало (в пределах Ом), его уменьшение резко увеличит потери в согласующей сети и этого также следует избегать.
Таким образом, остается только подключить последовательную катушку индуктивности L s к антенна для того, чтобы уменьшить («резонировать») огромную емкостную реактивное сопротивление антенны без уменьшения резистивной части импеданса. На рисунке это означает перемещение по вертикали в направлении вверх. Приятно отметить, что лучший выбор также согласуется со здравым смыслом, как можно было бы подумать, согласовывая емкостную нагрузку с последовательностью индуктор.
Теперь, когда мы определили, что первый элемент согласующей сети является последовательная катушка индуктивности L s подключен к антенне, мы должны определить второй элемент, который завершит матч.
Как видно на рисунке выше, здесь у нас есть три варианта. Первая идея состоит в том, чтобы полностью устранить емкостное реактивное сопротивление с помощью L s и найти промежуточный импеданс Z i2 который лежит на действительной оси, а затем использовать понижающий трансформатор N:1 (больше витков на стороне передатчика) до Z c . Это решение могло бы работать, но требует трансформатора, который требует больше времени для сборки, добавляет некоторые трудности в конструкцию и требует больше меди и имеет следовательно, более высокие потери.
Вторая возможность заключается в чрезмерной компенсации емкостного реактивного сопротивления антенна с катушкой индуктивности немного большей серии L s точка достижения Z i3 слабоиндуктивная и ложится на постоянную круг проводимости, проходящий через Z c . Используя параллельный конденсатор C p , мы можем получить Z c . Это решение также может работать, и хорошие конденсаторы имеют очень небольшие потери, но требуемая емкость очень велика. Чтобы согласовать антенну нашего примера на частоте 137 кГц, потребуется около 200 нФ. требуются: нелегко найти и нелегко настроить, как переменные конденсаторы обычно находятся в диапазоне нескольких 100 пФ.
Третий и предпочтительный вариант — слегка недокомпенсировать емкостное сопротивление. реактивное сопротивление антенны с катушкой индуктивности чуть меньшей серии L s достигая точки Z i1 , которая имеет небольшую емкость и лежит на круг постоянной проводимости, проходящий через Z c . С помощью параллельного индуктора L p можно получить Z c . Это решение имеет ряд преимуществ: во-первых, требуется лишь небольшой параллельный индуктор; имеет кратчайший путь между Z и и Z c (имеется в виду низкие потери) и проще в сборке.
Окончательная совпадающая сеть
Итак, проанализировав различные варианты, мы определили, что импеданс следует по пути, показанному на графике ниже:
С последовательной катушкой индуктивности L s , подключенной к порту антенны, и параллельный индуктор L p разъем на порту преобразователя. Наша соответствующая сеть выглядит следующим образом:
Теперь, чтобы определить значение двух катушек индуктивности, можно использовать два уравнения выше и с нашей антенной мы получаем:
Частота | Антенна Полное сопротивление | Серия реактивное сопротивление | Параллельный Реактивное сопротивление | Катушка индуктивности серии | Параллельный индуктор |
137 кГц | (0,7–j3900) Ом | 3894 Ом | 6,0 Ом | 4,5 мГн | 6,9 мкГн |
500 кГц | (1,4–j960) Ом | 952 Ом | 8,5 Ом | 300 мкГн | 2,7 мкГн |
Для упрощения этой операции может пригодиться следующий калькулятор:
Просто введите рабочую частоту f, импеданс передатчика Z c (обычно 50 Ом), сопротивление антенны Z и и нажмите кнопка расчета необходимой последовательной и параллельной индуктивностей L s и L p .
Определение количества витков
Для расчета необходимого количества витков работает эмпирическая формула хорошо описано в справочнике ARRL. Преобразование для метрических единиц выглядит следующим образом:
Где d — диаметр в мм, l — длина в мм, а N — количество повороты. Расчетная индуктивность L находится в мкГн. При проектировании большой катушки практичнее использовать шаг витков s в мм, чем общая длина. с определяется как л/Н.
Для упрощения конструкции катушки может пригодиться следующий калькулятор:
Диаметр рулона: | д = | мм | |
Расстояние между витками: | с = | мм | |
Индуктивность катушки: | л = | мкГн | |
Количество витков | Н = | ||
Длина катушки | л = | мм |
Просто введите диаметр сердечника d, расстояние между витками s, требуемую индуктивность L и нажмите кнопку «Рассчитать N», чтобы вычислить количество витков N и общая длина катушки l. В качестве проверки можно ввести число витков N и нажать кнопку Кнопка «Рассчитать L» для расчета индуктивности L и общего длина катушки l, исходя из того же диаметра d и расстояния s.
Катушки переменной индуктивности
Значения, которые мы только что вычислили, являются приблизительными, поскольку основаны на моделирования, при измерениях с низкой точностью, при произвольных допущениях и при упрощенная теоретическая модель. Поэтому реальные катушки индуктивности требуют некоторой настройки и должны быть переменными. Изменение частоты передачи внутри полосы также требует перенастройки. Опыт показывает, что только L s нуждается в регулировке, L p менее чувствителен к изменениям частоты и после настройки может оставаться фиксированным в течение вся группа.
Есть несколько способов сделать переменную индуктивность, самый простой из них изменить количество витков. Можно было бы намотать катушку с большим количеством витков, чем нужно, и сделать соединения к промежуточным отводам, как показано на рисунке ниже.
Всегда ведутся споры о том, закорачивать неиспользуемые витки или нет (пунктирная линия на рисунок). Закрытие их приводит к более высоким потерям, в то время как оставление их открытыми может привести к высокое наведенное напряжение и искрение. Как мы обсудим позже, в соленоиде с воздушным сердечником коэффициент связи между витки низкие и как автотрансформатор не работает; с другой стороны если неиспользуемый участок катушки окажется резонансным на рабочей частоте может возникнуть высокое напряжение. Это маловероятно, так как рабочая частота низкая и достаточно фиксированная; а резонанс требует значительной паразитной емкости, что маловероятно при маленькое сечение катушки. Поэтому разумнее оставлять неиспользуемые витки открытыми, что снижает потери, если только не возникнет искрение. происходит, не оставляя другого выбора, кроме их короткого замыкания. Если необходимо закоротить неиспользуемые витки, лучше не закорачивать их все, а , чтобы оставить небольшой зазор, чтобы поле «убежало», как показано на рисунок ниже:
Еще один способ получить переменную катушку индуктивности, не задействуя слишком много механики. состоит в том, чтобы построить вариометр, как показано ниже:
Катушка делится пополам и внутрь первой вставляется меньшая катушка. и соединены последовательно. Повернув маленькую катушку внутри, можно увеличить общее индуктивность (когда обе катушки выровнены по фазе) или уменьшить ее (когда обе катушки выровнены с противоположной фазой). Вариометр имеет более высокие потери, потому что провод длиннее, но с другой стороны рука проста в сборке и не имеет скользящего контакта.
Окончательное решение — использовать катушку с ответвлениями для L p и вариометр. для L с . L p маленький и регулируется не часто, обычно на один раз когда сначала настраивается антенна, поэтому приемлема катушка с ответвлениями. L s необходимо настраивать каждый раз, когда рабочая частота перемещается, даже несколько сотен Гц, что делает решение с вариометром более практичным, потому что его плавно регулируемого значения.
Сборка вариометра
Вариометр легко построить из легкодоступных материалов. Две пластиковые трубы разного диаметра, изолированный медный провод и пластиковый стержень для вала являются основными компонентами. На рисунке ниже показано поперечное сечение и способ соединения катушек. вместе.
Формула (или калькулятор), которую мы обсуждали ранее, определяет необходимое число витков на внешней (статорной) обмотке. Эта катушка разделена на две части, чтобы оставить одинаковое пространство для вала, пересекающего сердечник. Вторая катушка, достаточно маленькая, чтобы повернуться внутрь, построена и подключена к вал и образует ротор. Все катушки индуктивности соединены последовательно. Поскольку ротору нужно только повернуться на 180°, нет необходимости в скольжении. контакт, так как гибкий провод прекрасно справится с этой задачей.
Трудно точно определить диапазон изменения индуктивности вариометр, так как это сильно зависит от коэффициента связи между статором и обмотки ротора, но, как правило, опыт показывает, что общая индуктивность будет чем-то средним L stat ±L rot и L stat ±2L rot и является подходящей отправной точкой. Лучший размах получается, когда все катушки симметричны. Если вариация слишком мала, можно добавить второй слой. оборотов на роторе.
Один индуктор вместо двух
Остается вопрос: действительно ли нам нужны две отдельные катушки индуктивности? Ну теоретически да, две катушки индуктивности должны быть отдельными и не вообще в паре. С другой стороны, если мы говорим о соленоидах с воздушным сердечником, ответ может быть положительным. при определенных условиях. В соленоиде с воздушным сердечником связь между витками довольно низкая и уменьшается по мере увеличения расстояния между витками. Поэтому можно намотать на один и тот же сердечник оба L с и L p , примыкающие друг к другу. Вся согласующая сеть выглядит как автотрансформатор, но это не так (или это очень плохо), как будет объяснено позже. L p можно отрегулировать, подобрав подходящий отвод на основной катушке и L s можно отрегулировать, повернув вариометр. Это работает, только если коэффициент связи низкий: это означает, что нет магнитопровод внутри катушки, витки находятся только на одном слое вблизи L p (коэффициент связи значительно выше для двух обмоток одна внутри другой)вариометр внутри L s далек от L p , и L p меньше по сравнению с L s .
Это не совсем автотрансформатор
Окончательный антенный тюнер выглядит так, как показано на схеме выше. Это действительно похоже на автотрансформатор, но на самом деле это не так. Если бы это был автотрансформатор, он не мог бы компенсировать реактивную составляющую импеданс. Антенна не может быть согласована, так как она будет просто трансформировать вниз комплексный импеданс антенны в другой меньший комплексный импеданс, что-то вроде (0,01–j50) Ом, но для согласования с антенной это необходимо убрать реактивное сопротивление и преобразовать сопротивление в 50 Ом. Недостаточно просто настроить один параметр: соответствующая сеть должна преобразить обоих.
С другой стороны, если представить, что часть катушки работает как индуктивность, компенсируя реактивную часть импеданса антенны, остальная часть катушки тоже не может быть автотрансформатором, т.к. реактивное сопротивление резонирует, импеданс реальный и очень низкий. Для этого потребуется понижающий трансформатор (больше витков на стороне передатчика) вместо повышающего трансформатора, как выглядит антенный тюнер.
Для проверки связи между витками и автотрансформатором Таким образом, установка, показанная на рисунке ниже, была построена:
Катушка имеет диаметр 200 мм, длину 280 мм, 100 витков. и отвод на 4 -м повороте. Таким образом, коэффициент трансформации трансформатора составляет 1:25. Напряжение U p величиной 1 В p было приложено к витков, а напряжение на всех 100 витках U s было измерено. Было проведено несколько измерений на разных частотах, и они показывают, что для это напряжение U s составляет около 4 В pp от нескольких кГц примерно до 400 кГц. Таким образом, коэффициент трансформации составляет 1:4, что очень далеко от ожидаемого 1:25. это означает, что соединены только первые несколько витков, а остальные катушка это просто индуктор. В этом случае при увеличении частоты до 463 кГц имеем резонанс и У s доходит до 55 В pp , намного больше, чем что бы сделал повышающий трансформатор 1:25. Дальнейшее увеличение частоты снова снижает U s до 4 V pp , пока не возникнут другие резонансы.
Лучше всего думать об этом антенном тюнере как о двух отдельных катушках индуктивности, один в параллельно передатчику, а другой последовательно с антенной, но из-за связи между ними требуемые значения будут немного отличается, особенно для маленького L p , а это не большой проблема, так как это просто вопрос поиска правильного отвода на катушке.
Практические замечания
Теперь, когда мы определили, каким будет наш антенный тюнер и сколько витков нам придется мотать, давайте потратим несколько слов о конструкции. Прежде всего, мы должны попытаться спроектировать тюнер с минимальными потерями, но это это непростая задача. Провод, используемый для намотки катушек, будет отвечать за большую часть потери и выбор провода большого диаметра является хорошей идеей. Проволока «Litz» определенно лучший вариант, но это почти невозможно найти в больших диаметрах. Второй предпочтительный вариант — эмалированный медный провод, который легче найти. но дорого. Третий вариант – использование электромонтажного провода с изоляцией из ПВХ. Этот провод относительно дешев, его легко найти и он доступен в больших диаметрах. Есть одна деталь, о которой следует позаботиться: медь должна выглядеть «красный» и не луженый. Луженая проволока имеет очень высокие потери на радиочастоте, и ее следует избегать. Изоляция из ПВХ не лучший вариант из-за плохой tg(δ), но частота низкая и может быть принята; Тефлоновая изоляция была бы лучше. вариант.
По поводу ядра, лучшее ядро это вообще отсутствие ядра, но это не будет возможно для такой большой катушки. Керамические стержни очень, но очень трудно найти в больших размерах, поэтому третий Вариант – использовать трубы из ПВХ. Эти трубы доступны во многих больших диаметрах, дешевы и просты в использовании. Работа. Они немного с потерями, но опять же, частота низкая и может быть принята за любительское использование.
В коротких антеннах в резистивной части импеданса преобладает потери. Попытка уменьшить потери всегда является хорошей идеей. Например, можно использовать несколько (или более) закопанных радиалов, чтобы увеличить площадь земли. проводимость вблизи антенны (где ток выше). Другая идея состоит в том, чтобы использовать более одного воздушного проводника, проложенного параллельно на на некотором расстоянии друг от друга: это разделит ток и уменьшит потери.
Использование антенного тюнера
Пользоваться этим антенным тюнером достаточно просто: поскольку топология согласования сеть имеет только два параметра для настройки, нет риска найти «неправильный» и с потерями матч.
Если у кого-то есть антенный анализатор, работающий на нужной частота, это, безусловно, лучший вариант для настройки тюнера. Если нет, просто подключите антенну и передатчик (с подходящим КСВ). метр) и выберите работу с низким энергопотреблением. Сначала отрегулируйте вариометр, чтобы найти положение, в котором КСВ является самое низкое, затем переместите кран между L s и L p , чтобы найти наилучшее совпадение (не забудьте выключить передатчик перед перемещением кран). Делать больше нечего, так как это обычно позволяет добиться совпадения 1,2:1. если кранов достаточно. Если совпадение недостаточно хорошее, попробуйте еще раз повторить эти две операции. возможно добавление еще нескольких промежуточных отводов к катушке. При изменении частоты обычно требуется только регулировка вариометра. снова, и кран может оставаться фиксированным для всей полосы.
Обратите внимание, что большинство КСВ-метров рассчитаны на короткие волны. операции не работают для длинных волн. Перед этим следует проверить с фиктивной нагрузкой 50 Ом, если прибор дает разумные результаты на желаемой частоте.
Некоторые настоящие антенные тюнеры
Вышеописанные согласующие сети были построены и протестированы. На следующих рисунках показан вариометр, предназначенный для диапазона 137 кГц. Основная катушка может регулироваться в диапазоне от 3,75 до 4,63 мГн и соответствует антенна используется в качестве примера на частоте 137,3 кГц с индуктивностью 4,39мГн. Таким образом, мы можем рассчитать емкость антенны в 306 пФ. Для достижения требуемой индуктивности с меньшим количеством проводов, некоторые дополнительные добавлены витки внутри основной катушки (на противоположной стороне Л стр ). Ротор вариометра также представляет собой двухслойную катушку. Нагруженная добротность этого согласующего блока (нагруженного антенной) составляет около 60.
Второй вариометр предназначен для диапазона 500 кГц и может быть изменено с 214 на 598 мкГн, перемещая вариометр и выбирая один из четырех отводов на верхней стороне катушки. Он соответствует той же антенне на частоте 500 кГц и 288 мкГн, и мы можем рассчитайте емкость на этой новой частоте в 352 пФ. Нагруженная добротность этого антенного тюнера составляет около 80.
Заключение
Простой способ согласования электрически короткой антенны со стандартом Была объяснена линия передачи 50 Ом. Рассмотрены как теоретические, так и практические аспекты. Цель состоит в том, чтобы помочь радиолюбителям настроить свою (короткую) антенну с помощью надеюсь, что все больше и больше радиолюбителей будут интересоваться средними и длинными волнами полосы частот.
Чт., 24 января — Быстрые и медленные антенны поля Е
Чт, 24 января — Быстрые и медленные антенны поля Е Четверг, 24 января 2013 г.нажмите здесь , чтобы загрузить сегодняшние заметки в более удобном для печати формате
Сегодня мы рассмотрим полевые антенные системы Fast и Slow E.
немного подробнее. Но перед этим другое поле
Сегодня мельницу принесли в класс. Этот конкретный инструмент
был спроектирован и построен местной компанией Mission
Инструментальная корпорация.
| |
Прибор показан смонтированным на перилах основной крыши. здания ПАС. Полевая мельница перевернута в этом кейс. Головка датчика крупным планом показана выше справа.
Одной из причин переворачивания полевой мельницы является то, что осадки не попадут на сенсорную пластину и не создадут ложный шумовой сигнал. Поле E будет искажено металлической мачтой перевернутой полевой мельницы и полевой мельницы необходимо будет откалибровать по второй мельнице, расположенной поблизости но вровень с поверхностью земли. Мы посмотрим на поле E усовершенствование немного более подробно сегодня также.
Один час реальных полей гроз и молний, записанных с полевая мельница в Космическом центре Кеннеди показана ниже ( «Electric Поля производства Florida Thunderstorms», Дж. М. Ливингстон и Э.П. Крайдер, Дж. Геофиз. Рез., 83, 385-401, 1978. ). Резкие переходы вызваны молнией и накладывается на статическое поле около 3 кВ/м (отрицательный потенциал градиент соответствует положительному направленному вверх полю E).
Полевая мельница позволяет определить, когда гроза становится электрифицированной и следите за электрическими деятельность во время грозы. Позже в этом семестре мы увидите, что измерения в нескольких точках изменения поля молнии могут быть использованы для определения магнитуды и местонахождение заряда, нейтрализованного молнией увольнять. Обратите внимание, что довольно большой динамический диапазон необходимо (от -12 кВ/м до +12 кВ/м) необходимо для обеспечения того, чтобы E поле остается в масштабе.
Мы начали обсуждение так называемого медленного электрического поля. антенные системы последнего класса. Прежде чем попасть в детали схемотехники я хочу показать несколько примеров фактические сигналы Fast E и Slow E.
A Полевая система Slow E (частотная характеристика от 0,1 Гц до 1 кГц)
или больше) будет уместно, если вы хотите изучить один из
разряды молнии на рисунке выше за более быстрое время
шкала. Показана пара фактических записей поля Slow E.
ниже (из того же источника, что и запись полевой мельницы выше).
Прежде всего обратите внимание на гораздо более быструю шкалу времени, 0,4 секунды полной шкалы в этом случае. Лучший пример показывает трехтактный разряд облако-земля. второй разряд имеет 4 удара в землю.
Поскольку антенная система Slow E не имеет DC статическое поле E (которое может составлять несколько кВ/м) равно эффективно отфильтровывается (например, переключение с постоянного тока на переменный связь на осциллографе). Поле молнии изменения могут быть рассмотрены с большей выгодой. Поскольку интересующие сигналы длятся от 0,5 до 1 секунды, затухание здесь уместна постоянная времени 10 секунд.
Системы записи были кратко упомянуты в учебный класс. Просто чтобы дать вам некоторое представление о том, как технологии изменилось, вышеприведенные сигналы (я полагаю) отображались на запоминающем осциллографе и сфотографировал Полароидом пленочная камера!
Из-за большой постоянной времени затухания заряженный осадки, падающие на антенну поля Slow E, могут вызвать сигнал зашкаливает. Инвертированные антенны иногда используется, чтобы избежать этой проблемы.
| |
Эта антенна установлена на крыше пентхауса. на здании PAS. Из-за его выставления положение и вероятность того, что он может быть поражен молнии, сигналы подаются в пентхаус на опто-волоконный кабель.
Вариации поля E, возникающие во время индивидуального обратный ход можно проверить, отобразив Slow E полевые сигналы в более быстром масштабе времени. Однако, как изображенном ниже, длительное затухание означало бы, что сигнал не будет уменьшаться до нуля в интервале между ответные удары.
Если усиление было увеличено, вторая и любая следующие обратные удары могли зашкаливать. решение состоит в том, чтобы сократить постоянную времени затухания с помощью полевая антенна Fast E. Время затухания примерно от 1 до 10 миллисекунд было бы достаточно, чтобы точно записывать вариации поля Fast E, но позволит сигнал затухает до нуля в интервале между ударами. Короткая постоянная времени затухания также среднее количество заряженных осадков будет меньше скорее всего, зашкалит сигнал Fast E.
Мы сделаем несколько примеров и рассчитаем, какое значение интегрирующий конденсатор может понадобиться в Fast или Антенная система с медленным полем E.
Вот пассивный интегратор, подключается конденсатор
антенну на землю. Мы предполагаем, что антенна
площадь 0,1 м2 (фактическая площадь антенны
доведен до класса), изменение поля Е составляет 10 В/м (а
типичный 1-й обратный ход на дальности 100 км), и мы
нужен выходной сигнал 1 вольт.
C должно быть 10 пф. Это довольно мало. Бродить емкость между пластиной антенны и земля может быть несколько пФ
.
Мы нужно подключить какой-то измеритель или записывающее устройство, такое как осциллограф. Импеданс измерительное устройство вместе с небольшим емкость в пассивном интеграторе дает слишком короткую постоянную времени затухания (постоянная времени должна быть в несколько раз больше, чем вариации поля, которые вы измерение).
Однако бывают ситуации, когда
может подойти схема пассивного интегратора.
Вызванный разряд молнии на 100 метров диапазон будет производить гораздо большее поле E изменить сигнал. Вы могли бы сделать интегрирующий конденсатор большей (с соответственно большая постоянная времени затухания) потому что вам не нужно столько прирост. На самом деле вы, вероятно, также нужно уменьшить площадь антенны плита, чтобы не было слишком большого выхода сигнал. В случае срабатывания молнии, сигналы антенн и др. датчики обычно переносят в экранированную металлический прицеп на оптоволоконных кабелях для из соображений безопасности и во избежание наводки шума на сигнальные кабели.
Пока пассивный интегратор иногда уместно, чаще подключите плоскую антенну к активному схема интегратора, как показано ниже.
Когда пластина датчика полевой антенны E подключен к цепи активного интегратора как показано выше, входное сопротивление измерительное оборудование не повлияет на распад постоянная времени. Постоянная времени затухания определяется значениями R и C в схема обратной связи операционного усилителя.
Показана пара типовых схем ниже. Второй контур, в частности показывает технику, с помощью которой можно получить длительные постоянные времени затухания, необходимые в Slow E полевые антенные системы.
Электрический полевая антенна, которая не находится заподлицо с поверхность земли будет искажать окружающую электрическое поле. Это уместно указать, чтобы просмотреть проблему, которая работала в большинстве Бакалавриат по электричеству и магнетизму курсов (следующие примечания основаны на раздаточный материал для занятий, подготовленный доктором Э. Филипом Кридер). Эта часть заметок была воспроизводится на раздаточном материале класса.
Дирижирование
Сфера в однородном электрическом поле
Сферический используются полярные координаты, азимутальной симметрии, поэтому потенциал и электрическое поле зависит от r и θ Только. Можем перейти к решению Уравнение Лапласа для потенциала, Φ, с учетом граничных условий, которые
В сферическая система координат
Предполагая, что переменные являются разделимыми, пробуем общее решение вида:
Просто взглянем на граничное условие (уравнение (ii)), мы просто пробуем T(θ) функция формы
Теперь, вставив это в наш исходный дифференциальное уравнение, находим
Некоторые из недостающие детали добавляются в конец этого раздела.
Теперь давайте попробуем решить R уравнение вида
Когда мы подставляем это в дифференциальное уравнение выше мы получаем
Теперь
общее решение R будет иметь
форма
и
Где А и
B должен быть определен из границы
условия.
Сейчас,
подача заявки
граничное условие (ii) при переходе r к
бесконечность
так как
и наш потенциальная функция теперь равна
с этим Φ нашим электрическим компоненты поля:
и поверхностная плотность заряда
Примечание: наличие сферы увеличивает значение окружающего поля вверху и нижней поверхности сферы в множитель из 3.
Эта цифра дает вам приблизительное представление о том, как меняется поле в окрестности сферы. Линии поля E должны пересекать сферу перпендикулярно. поле усиливается (усиливается) в по три вверху и внизу сферы.
Некоторые детали одного из ранних
расчеты показаны ниже:
Улучшение из поля при проведении объектов является важным беспокойство. В некоторых случаях (мы рассмотрим на пример-два позже) усиленный поле достаточно сильное, чтобы инициировать или вызвать разряд молнии.
Следующий раздаточный материал дает примерный, предварительная оценка фактор усиления.
Это может требуют небольшого пояснения.
Сначала ты запишите потенциал на поверхности две проводящие сферы радиуса a и b, несущие заряды Q и q (на самом деле просто потенциал расстояние a или b от точки зарядить Q или q)
Тогда вы
соедините две сферы проволокой, которая
заставляет два потенциала быть равными
(это, конечно, приведет к тому, что заряд
перестроиться и превратить это в
гораздо более сложная задача, но мы
игнорировать это).
Наконец мы запишите выражения для относительного напряженности электрических полей на поверхностей двух сфер (предполагается, что Q и q будет равномерно распределено по две сферы, которых не было бы истинный). Мы видим, что поле на поверхность меньшего шара в a/b раз больше, чем поле на поверхности большая сфера.
Вот реальный пример
усиления поля, которые приводят к
срабатывание удара молнии и
последующая потеря ракеты-носителя
(полную статью вы найдете здесь)
В этом случае
корпус ракеты вместе с выхлопом
шлейф создавал длинную остроконечную проводку
объект. Расширенные поля вверху
и нижняя сработала молния.
Мы поговорим о вызвал молнию позже в курс. я имею в виду молнию который намеренно срабатывает, чтобы он мог ударные приборы по земле и изучал с близкого расстояния.
Основная идея — запустить небольшой ракета (около 3 футов высотой) в высоком электрическое поле во время грозы. Катушка с проволокой закреплена на хвосте плавники ракеты. Один конец провод соединен с землей, а другой конец подходит к носу ракета. Проволока разматывается (вероятно самое сложное — удержать провод от ломается) после запуска ракеты образуя узкую высокую проводку объект. Улучшение поля вверху ракеты часто достаточно, чтобы инициировать восходящий разряд лидера, который затем вызывает молнию.
Усиление поля E
на вершине горы (или высокого здания
или структура) иногда достаточно высока, чтобы
вызвать молнию также.
Обратите внимание на направление ветвление. Это указывает на то, что этот разряд начался с процесса-лидера который шел вверх от гора. Самое облако к земле разряды молнии начинаются с лидера который распространяется от облака вниз к земле. Мы будем, конечно посмотреть на события, происходящие во время грозовые разряды более подробно позже в семестре.